利用 modeFRONTIER 集成 GT-Valvetrain 与 GT-Power 模型，优化气门事件
康明斯发动机公司是柴油及天然气发动机领域的制造领导者，产品广泛应用于多种运输及设备用途。该公司开发了一款全新动力模块，能够满足严苛的美国 EPA 法规要求。与同功率等级的中速发动机相比，该模块在结构紧凑性和成本效益方面均具有显著优势。该产品的设计凝聚了 150 名工程师的心血，而 modeFRONTIER 则帮助大功率发动机团队找到了最优的气门正时方案，从而有效降低了燃油消耗。
主要成果
1：缩短设计周期，提升配气机构系统性能
2：通过两步流程找到最优气门正时配置
3：实现标定流程自动化
技术挑战
在活塞式发动机的设计中，进排气门的开启与关闭正时是影响燃油消耗与功率输出比的关键参数。通常，推迟排气门关闭（EVC）并提前进气门开启（IVO）可减少缸内残余废气，从而降低燃油消耗。在构成 16 缸发动机的复杂模型体系中，康明斯的设计人员采用 GT-Suite 软件（包含配气机构模块与动力模块）来模拟气门事件的性能与动力学特性。为实现最优的发动机性能，需要根据发动机转速、气门及气道几何与性能所确定的特定进气配置，对气门正时与升程曲线进行优化。
配气机构部件示意图
技术方案
寻找最优的气门正时配置需要采用两步流程。首先，在 modeFRONTIER 中创建第一个工作流程，用于自动化标定过程。通过 modeFRONTIER 自动调整配气机构参数，对 GT 模型进行标定，使其与实测的推杆载荷相匹配。第二阶段则创建第二个工作流程，用于探索设计空间：初期采用响应面方法，随后利用 NSGA 和混合算法（Hybrid）等直接优化算法，为衡量排气和进气凸轮正时角度、容积效率以及制动燃油消耗率（BSFC）的 12 个输出参数寻找最优值。
成果与价值
在两个项目阶段中，modeFRONTIER 在缩短设计周期和提升配气机构系统性能方面均展现出高度的可靠性。康明斯结构与动力学分析工程师 Ambikapathy Naganathan 表示，从一开始，"modeFRONTIER 就极大地缩短了 GT 模型标定所需的时间"。"modeFRONTIER 在与多个 GT 模型及后处理工具集成方面具有卓越的能力，" Naganathan 工程师继续说道，"事实上，它帮助我们更高效地连接这些 GT 模型，并对内部优化工具形成了补充，同时支持不同地点的分析人员并发使用。"
采用混合算法的气门事件优化工作流程及帕累托前沿图
康明斯
康明斯公司是一家全球动力厂商，由多个互补的业务单元组成，负责设计、制造、分销和服务发动机及相关技术，包括燃油系统、控制系统、进气处理、过滤、排放解决方案和发电系统。康明斯通过遍布 190 个国家和地区的 600 多家公司自有及独立分销商网点以及约 6500 个经销商网点为客户提供服务。
